有机电致发光器件(OLED)以其独特的优势被誉为未来最具潜力的显示和照明技术。在OLED当中,平衡的载流子传输是器件实现高效率、长寿命的前提,然而目前所开发的载流子传输材料中空穴的迁移率(μh)往往要比电子的迁移率(μe)高2-3个数量级,因此提升材料的μe将是电子传输材料(ETM)研究的核心问题。此外,高的三重态能级(ET)和高的玻璃态转变温度(Tg)也是ETM所必须的。另一方面,受限于溶剂选择,能应用于全溶液可加工的ETM依然稀缺。虽然近年来各种各样的ETM已被陆续开发出来并且也获得了一定的效率,但是能真正满足实用化要求的材料却很少,因此研究开发新型ETM仍然十分有必要。基于这样的考虑,本文致力于设计出具有高μe、高ET和高Tg的蒸镀型ETM或具有良好的电子注入/传输特性的醇/水溶性ETM。全文共分为九章,其中第一章为绪论部分,第二～八章为主要研究内容。第一章：绪论。简要介绍了OLED的发展历程和研究现状；详细介绍了能够应用于OLED的ETM的研究进展；分析探讨了ETM研究所遇到的问题,进而阐述了本论文的设计思想。本论文的研究思路是依据分子结构与材料性能之间的关系,按照“结构修饰”和“单元筛选”两个方向展开的。“结构修饰”就是基于目前最常用的也是效果最好的电子传输材料TmPyPB的结构而展开的一系列改进。作为一个经典的ETM, TmPyPB不仅拥有较高的ET(-2.75 eV),合适的LUMO/HOMO能级(--2.90/-6.68 eV)还有较高的μe(SCLC测得其μc～1.0×10-3 cm2 V-1 S-1),但不足的是其热力学稳定性较差(Tg～79℃),以及还有待更进一步提升的μe、电子亲和能(Ea值)和材料的可加工性能。基于此,在本论文的第二～第六章的研究当中我们针对性地对其结构和性能进行改进,获得了一系列优良的ETM。第二章：设计、合成了三个基于六芴基苯为核,吡啶封端的电子传输材料2Py-HFB、3Py-HFB和4Py-HFB。刚性的六芴基苯中心核赋予了这些材料良好的热稳定性(Tg>141℃),而扭曲的分子构型和外围的吡啶单元则改善了材料的加工性能,最后以甲酸/水为混合溶剂,旋涂ETM实现了器件的全溶液加工。基于3Py-HFB为ETM的器件获得了最大电流效率(ηc,max)5.63 cd/A和最大外量子效率(ηext,max) 4.68%。第三章：设计、合成了四个基于喹喔啉为核,不同位点的毗啶修饰的电子传输材料Tm3PyQ、Tm4PyQ、o-3PyDQB和o-4PyDQB。引入的喹喔啉单元能够显著提升材料的热力学稳定性(Tg：112～148℃)和电子亲和力(Ea：2.73-2.88 eV)。基于这四个ETM的蓝光磷光有机电致发光器件(PhOLED)获得了与TmPyPB相当的效率：其中ηc,max达到了30.2 cd/A,最大功率效率(ηp,max)达到了20.9 lm/W。第四章：设计、合成了四个“树枝状”的电子传输材料TmPyPB、Tm2PyDPB、 Tm3PyDPB和Tm4PyDPB。为了改善这些ETM的电子注入与传输性能、以及实现材料的醇/水溶液可加工,我们用浓盐酸分别处理了这四个含有吡啶单元的前体,得到了四个毗啶盐酸盐化合物TmPyPB*HCl和Tm2-4PyDPB*HCl。电化学研究表明,成盐后能够显著提升材料的电子注入性能,同时也使材料获得了良好的醇/水溶性。基于这些盐酸盐为ETM, Supper Yellow为发光材料的全溶液加工的OLED获得了优良的器件性能：其中ηc,max达到了21.2 cd/A, ηp,max为16.8 lm/W, ηext,max为6.6%；而作为阴极界面材料时的器件效率也达到了18.1 cd/A (ηc,max), 10.31m/W (ηp,max)和5.7%均为相关文献报道的最高值之一。第五章：设计、合成了三个含有苯基吡啶单元的星型分子,然后借助氯代乙烷基将苯基吡啶单元“锁起来”,环化成盐而得到了三个不同代数的电子注入/传输材料G0、G1和G2。这种星型环化成盐的分子构建方式既保持了分子一个较高的ET(2.5～2.8 eV),也提升了材料的电子注入(LUMO～-3.5 eV)和传输特性(μ。最高达到32×10-3cm2 V-1s-1)。第六章：为了保持TmPyPB的高ET,我们保留了分子的基本结构,只将其外围修饰的吡啶基团替换为嘧啶而显著提升了其热力学稳定性,之后将中心苯环替换为均三嗪或异三嗪,又进一步地提升了材料的Tg和Ea值。在这三个分子中,TPM-TAZ的LUMO值为-2.85 eV,ET值为2.82 eV,Tg为131℃,μ。更是达到了2.0×10-3 cm2 V-1 s-1,各项测试数据均满足理想ETM的要求,表明TPM-TAZ将会是一个非常优异的ETM。基于这些材料为ETM的蓝光PhOLED获得了不同的器件效率。为了更深层次的探讨分子结构与材料性能以及相应的器件性能之间的关系,我们获取了不同状态条件下的单晶结构。结合晶体解析和相应的测试数据,我们发现增强分子内和分子间的氢键作用力将有助于提升材料的迁移率,但是有序的堆积容易导致结晶从而使器件性能下降,合理的利用分子内/间作用力将有助于提升器件效率。“单元筛选”就是寻找一些具有较大共轭平面和高TE的多环芳烃作为基本组成单元,然后按照合适的连接方式来构建具有高ET、高μe和高Tg的新型ETM。本文的第七～九章就是基于这样的思想,设计、合成了一系列新型的ETM。第七章：选取了二苯并呋喃和二苯并噻吩作为基本组成单元,经由苯环桥连到电负性的三嗪环上得到了四个ETM。这些化合物均具有良好的电化学还原性,其LUMO值在-2.8～-3.0 eV之间,Tg均大于124℃,是一类潜在的ETM。第八章：引入苯并[1,2-d;4,5-d’]二嗯唑单元为中心核,然后沿着其4,8-位进行修饰而设计出了三个新型的ETM。迁移率测试表明这些化合物均具有双极载流子传输特性,电子和空穴迁移率均在1.0×10-5 cm2 V-1 S-1数量级。基于这些化合物为ETM, (piq)2Ir(acac)为磷光客体,常用的CBP为主体的PhOLED获得了高达19.3%的最大外量子效率,为相关文献报道的最高值之一。值得一提的是,其中的3Py-DBBO和4Py-DBBO还拥有高达248℃和244℃的Tg。第九章：引入苯并[1,2-d,4,3-d’]二噻唑为基本组成单元,经由砜基桥连得到了四个新型的电子传输材料。这四个材料均具有良好的电子注入能级(LUMO:-2.9 eV--3.2 eV)和高的ET(2.59-2.78 eV),虽然低分子量的MeP-S-BBT和DMeP-S-BBT的Tg较低,但是拓宽体系后的DNa-S-BBT和DBBT-S-Bz还是拥有较高的Tg(>122℃),可应用于蓝光PhOLED的电子传输材料。